DE102019104556A1 - Method and device for determining optical properties of a sample material - Google Patents
Method and device for determining optical properties of a sample material Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019104556A1 DE102019104556A1 DE102019104556.8A DE102019104556A DE102019104556A1 DE 102019104556 A1 DE102019104556 A1 DE 102019104556A1 DE 102019104556 A DE102019104556 A DE 102019104556A DE 102019104556 A1 DE102019104556 A1 DE 102019104556A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- light
- sample material
- intensity
- reflected
- polarization state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 209
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 134
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 34
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 12
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 7
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 5
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M thallium(i) bromide Chemical compound [Tl]Br PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 2
- 238000005102 attenuated total reflection Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 2
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 2
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000711 polarimetry Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0224—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using polarising or depolarising elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
- G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N2021/3595—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100), bevorzugt ein Spektroskopieverfahren, weiter bevorzugt ein ATR-Infrarotspektroskopieverfahren, zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials (5), wobei das Verfahren (100) folgende Schritte umfasst: Bestimmen (101) einer ersten Intensität von von dem Probenmaterial (5) reflektiertem Licht (3r) eines ersten Polarisationszustands; Bestimmen (102) einer zweiten Intensität des von dem Probenmaterial (5) reflektierten Lichts (3r) eines zweiten Polarisationszustands (102); Verhältnisbildung (103) der ersten Intensität und der zweiten Intensität oder umgekehrt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1), bevorzugt ein Spektrometer, weiter bevorzugt ein ATR-Infrarotspektrometer, zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials (5) umfassend zumindest eine Detektoreinrichtung (8, 8a, 8b) zur Bestimmung einer ersten Intensität von von dem Probenmaterial (5) reflektiertem Licht (3r) eines ersten Polarisationszustands und zur Bestimmung einer zweiten Intensität des von dem Probenmaterial (5) reflektierten Lichts (3r) eines zweiten Polarisationszustands und zumindest eine Recheneinheit (11) zur Verhältnisbildung der ersten Intensität und der zweiten Intensität oder umgekehrt. The invention relates to a method (100), preferably a spectroscopy method, more preferably an ATR infrared spectroscopy method, for determining optical properties of a sample material (5), the method (100) comprising the following steps: determining (101) a first intensity of the Sample material (5) reflected light (3r) of a first polarization state; Determining (102) a second intensity of the light (3r) reflected by the sample material (5) in a second polarization state (102); Ratio formation (103) of the first intensity and the second intensity or vice versa. The invention also relates to a device (1), preferably a spectrometer, more preferably an ATR infrared spectrometer, for determining optical properties of a sample material (5) comprising at least one detector device (8, 8a, 8b) for determining a first intensity of the sample material (5) reflected light (3r) of a first polarization state and for determining a second intensity of the light (3r) reflected from the sample material (5) of a second polarization state and at least one arithmetic unit (11) for forming the ratio of the first intensity and the second intensity or vice versa .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials.The invention relates to a method and a device for determining optical properties of a sample material.
Optische Eigenschaften eines Probenmaterials werden häufig mittels spektroskopischer Messverfahren, wie der Spektroskopie auf Basis der abgeschwächten und/oder frustrierten oder verhinderten Totalreflexion (engl. attenuated total reflection, ATR oder engl. frustrated total internal reflection, FTIR) bestimmt. Der Vorteil derartiger Spektroskopieverfahren liegt insbesondere darin, dass trotz einer starken Grundabsorption des Probenmaterials ein Absorptionsspektrum aufgenommen werden kann. Hierbei ist es bekannt, dass die Dämpfung der Lichtwelle an der Oberfläche zwischen einem ATR-Element und dem Probenmaterial für unterschiedliche Polarisationen der einfallenden Lichtwelle unterschiedlich stark ausfällt sowie dass die unterschiedlichen Polarisationen auch einen unterschiedlichen Phasenversatz aufweisen.Optical properties of a sample material are often determined by means of spectroscopic measuring methods such as spectroscopy on the basis of attenuated total reflection (ATR or frustrated total internal reflection, FTIR) on the basis of attenuated and / or frustrated or prevented total reflection. The advantage of such spectroscopic methods is in particular that an absorption spectrum can be recorded despite a strong basic absorption of the sample material. It is known that the attenuation of the light wave on the surface between an ATR element and the sample material is different for different polarizations of the incident light wave and that the different polarizations also have a different phase offset.
So ist beispielsweise aus der
Als Lichtquellen für derartige Spektroskopieverfahren werden häufig thermische Strahler, die zur Wellenlängenselektion mit einem Monochromator gefiltert werden, verwendet. Thermische Strahler haben jedoch den Nachteil, dass diese eine geringe spektrale Leistungsdichte aufweisen und daher eine geringe Intensität bei schmalbandiger Filterung. Alternativ werden bei den oben genannten Spektroskopieverfahren auch Laserquellen wie zum Beispiel Quantenkaskadenlaser verwendet. Diese stellen zwar sehr leistungsstarke Lichtquellen insbesondere im mittleren und fernen infraroten Wellenlängenbereich dar, weisen jedoch im Vergleich zu thermischen Strahlern ein hohes Intensitätsrauschen auf, so dass insbesondere bei Probenmaterial mit geringen Konzentrationen des zu untersuchenden Stoffes die Empfindlichkeit reduziert wird und diese daher nicht mehr gemessen werden können. Auch ist die Leistungsdichte dieser Lichtquellen über die Wellenlänge nicht konstant, so dass das gemessene Spektrum mit einer Referenzmessung, insbesondere ohne oder mit bekannten Probenmaterial, verglichen werden muss. Hierbei ist es möglich, die Referenzmessung direkt durch einen zusätzlichen optischen Pfad simultan zu erfassen und vom Messsignal zu subtrahieren (engl. balanced detection). Nachteilig an einem solchen zusätzlichen Referenzpfad ist, dass dieser ebenfalls eine wellenabhängige Transmission besitzen könnte und zudem anderen Fluktuationen als der Messpfad unterliegt. Auch sollte der Referenzpfad bevorzugt eine ähnliche Dämpfung wie der Messpfad aufweisen.Thermal emitters, which are filtered with a monochromator for wavelength selection, are often used as light sources for such spectroscopic methods. However, thermal radiators have the disadvantage that they have a low spectral power density and therefore a low intensity with narrow-band filtering. Alternatively, laser sources such as quantum cascade lasers are also used in the above-mentioned spectroscopic methods. Although these represent very powerful light sources, especially in the middle and far infrared wavelength range, they have a high intensity noise compared to thermal radiators, so that the sensitivity is reduced, especially in the case of sample material with low concentrations of the substance to be examined, and these are therefore no longer measured can. The power density of these light sources is also not constant over the wavelength, so that the measured spectrum has to be compared with a reference measurement, in particular without or with known sample material. Here it is possible to record the reference measurement simultaneously directly through an additional optical path and to subtract it from the measurement signal (balanced detection). The disadvantage of such an additional reference path is that it could also have a wave-dependent transmission and is also subject to fluctuations other than the measurement path. The reference path should also preferably have attenuation similar to that of the measurement path.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere liegt der Erfindung auch die Aufgabenstellung zugrunde ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials bereitzustellen, welche vorteilhafterweise die Auswirkungen des Intensitätsrauschens von Lichtquellen verringert bzw. unterdrückt und/oder eliminiert.The invention is based on the object of providing a method and a device for determining optical properties of a sample material which avoid the disadvantages of the prior art. In particular, the invention is also based on the object of providing an improved method and an improved device for determining optical properties of a sample material, which advantageously reduces or suppresses and / or eliminates the effects of the intensity noise of light sources.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, bevorzugt ein Spektroskopieverfahren, weiter bevorzugt ein ATR-Infrarotspektroskopieverfahren, zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials gelöst, welches folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen einer ersten Intensität von von dem Probenmaterial reflektiertem Licht eines ersten Polarisationszustands; b) Bestimmen einer zweiten Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts eines zweiten Polarisationszustands; c) Verhältnisbildung der ersten Intensität und der zweiten Intensität oder umgekehrt. Diese Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung, bevorzugt ein Spektrometer, weiter bevorzugt ein ATR-Infrarotspektrometer, zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials umfassend: - zumindest eine Detektoreinrichtung zur Bestimmung einer ersten Intensität von von dem Probenmaterial reflektiertem Lichts eines ersten Polarisationszustands und zur Bestimmung einer zweiten Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts eines zweiten Polarisationszustands; - zumindest eine Recheneinheit zur Verhältnisbildung der ersten Intensität und der zweiten Intensität oder umgekehrt.This object is achieved by a method, preferably a spectroscopy method, more preferably an ATR infrared spectroscopy method, for determining optical properties of a sample material, which comprises the following steps: a) determining a first intensity of light of a first polarization state reflected from the sample material; b) determining a second intensity of the light of a second polarization state reflected by the sample material; c) Formation of the ratio of the first intensity and the second intensity or vice versa. This object is further achieved by a device, preferably a spectrometer, more preferably an ATR infrared spectrometer, for determining optical properties of a sample material, comprising: at least one detector device for determining a first intensity of light of a first polarization state reflected by the sample material and for determining a second intensity of the light of a second polarization state reflected from the sample material; - At least one arithmetic unit for forming the ratio of the first intensity and the second intensity or vice versa.
Insbesondere wird mittels der Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt. So ist es möglich, wenn die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dient. Weiter ist es von Vorteil, wenn der Schritt c) nach den Schritten a) und b) durchgeführt wird.In particular, the method according to the invention, preferably according to one of
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Bestimmen einer ersten Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts eines ersten Polarisationszustands, durch das Bestimmen einer zweiten Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts eines zweiten Polarisationszustands und durch die anschließende Verhältnisbildung der ersten Intensität und der zweiten Intensität oder umgekehrt die Auswirkungen des Intensitätsrauschens von Lichtquellen auf das Messergebnis verringert bzw. unterdrückt und/oder eliminiert werden. Die Erfindung nutzt dabei die Polarisationsabhängigkeit des von dem Probenmaterial reflektierten, insbesondere des an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und einem Reflexionselement reflektierten Lichts, aus, wobei insbesondere die unterschiedlichen Polarisationen des reflektierten Lichts unterschiedlich starke relative Änderungen der Reflexion aufweisen. Hierbei hat sich überraschenderweise ergeben, dass daher trotz der Verhältnisbildung der Intensitäten des reflektierten Lichts der beiden Polarisationszustände ein Signal bestehen bleibt, wobei gleichzeitig insbesondere das Intensitätsrauschen der verwendeten Lichtquelle nicht in das endgültige Signal eingeht. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit eines Referenzpfades. Auch gehen Fluktuationen, welche durch den Messaufbau selbst bedingt sind, nicht in das Signal ein, insbesondere solange diese sich in gleicher Weise auf beide Polarisationszustände auswirken.The invention is based on the knowledge that by determining a first intensity of the light reflected by the sample material of a first polarization state, by determining a second intensity of the light reflected by the sample material of a second polarization state and by subsequently forming the ratio of the first intensity and the second intensity or vice versa the effects of the Intensity noise from light sources on the measurement result can be reduced or suppressed and / or eliminated. The invention uses the polarization dependency of the light reflected from the sample material, in particular that formed at the interface from the sample material and a reflection element, with in particular the different polarizations of the reflected light having relative changes in the reflection of different degrees. It has surprisingly been found here that, despite the formation of the ratio of the intensities of the reflected light of the two polarization states, a signal remains, with the intensity noise of the light source used not being included in the final signal. This eliminates the need for a reference path. Fluctuations, which are caused by the measurement setup itself, are also not included in the signal, in particular as long as they affect both polarization states in the same way.
Unter „Polarisationszustand“, „Polarisationsart“, „Polarisationsrichtung“, „Polarisationsgrad“ und/oder „Polarisation“ wird hierbei bevorzugt die Schwingungsrichtung von Licht verstanden. Insbesondere im Wellenmodell ist Licht vorzugsweise eine senkrecht zur ihrer Ausbreitungsrichtung schwingende Welle, insbesondere also eine Transversalwelle, so dass hier unter diesen Begriffen bevorzugt die Schwingungsrichtung einer Transversalwelle verstanden wird. Bevorzugt bezieht sich die Schwingungsrichtung auf den Feldvektor des elektrischen Feldes, insbesondere wobei der Feldvektor des magnetischen Feldes entsprechend senkrecht dazu schwingt. Insbesondere wenn sich die Schwingungsrichtung schnell und ungeordnet ändert, handelt es sich vorzugsweise um unpolarisiertes Licht. Die Begriffe „Polarisationszustand“, „Polarisationsart“, „Polarisationsrichtung“, „Polarisationsgrad“ und/oder „Polarisation“ geben daher insbesondere den geordneten Anteil an.“State of polarization”, “type of polarization”, “direction of polarization”, “degree of polarization” and / or “polarization” are preferably understood to mean the direction of oscillation of light. In particular in the wave model, light is preferably a wave oscillating perpendicular to its direction of propagation, in particular a transverse wave, so that these terms are preferably understood here to mean the direction of oscillation of a transverse wave. The direction of oscillation preferably relates to the field vector of the electric field, in particular the field vector of the magnetic field oscillating perpendicular thereto. In particular, if the direction of oscillation changes quickly and in a disorderly manner, it is preferably unpolarized light. The terms “state of polarization”, “type of polarization”, “direction of polarization”, “degree of polarization” and / or “polarization” therefore particularly indicate the ordered proportion.
Weiter ist es möglich, dass das Verfahren, bevorzugt ein Spektroskopieverfahren, weiter bevorzugt ein ATR-Infrarotspektroskopieverfahren, ein HATR-Infrarotspektroskopieverfahren, ein FEWS-Infrarotspektroskopieverfahren (engl. fibre evanescent wave spectroscopy, FEWS) und/oder ein FTIR- Infrarotspektroskopieverfahren, ist. Ebenso ist es möglich, dass die Vorrichtung, bevorzugt ein Spektrometer, weiter bevorzugt ein ATR-Infrarotspektrometer, ein HATR-Infrarotspektrometer, ein FEWS-Infrarotspektrometer und/oder ein FTIR-Infrarotspektrometer, ist.It is also possible that the method, preferably a spectroscopy method, more preferably an ATR infrared spectroscopy method, a HATR infrared spectroscopy method, a FEWS infrared spectroscopy method (English fiber evanescent wave spectroscopy, FEWS) and / or an FTIR infrared spectroscopy method. It is also possible that the device is preferably a spectrometer, more preferably an ATR infrared spectrometer, a HATR infrared spectrometer, a FEWS infrared spectrometer and / or an FTIR infrared spectrometer.
Es ist möglich, dass das Probenmaterial flüssig und/oder fest ist. So ist es möglich, dass das Probenmaterial beispielsweise Wasser, Bakterien und/oder Feststoffe umfasst. Ferner ist es denkbar, dass das Probenmaterial einen oder mehrere Stoffe ausgewählt aus der Gruppe: Wasser, Bakterien, Viren, Feststoffe, Lösungsmittel, Lösungsmittelmischungen, Lackschichten, Polymerfolien, Duroplasten, Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut, ein- oder mehrzellige Organismen, Pilze, Pflanzen, insbesondere Algen, umfasst.It is possible that the sample material is liquid and / or solid. It is thus possible for the sample material to include, for example, water, bacteria and / or solids. Furthermore, it is conceivable that the sample material contains one or more substances selected from the group: water, bacteria, viruses, solids, solvents, solvent mixtures, lacquer layers, polymer films, thermosetting plastics, body fluids, in particular blood, mono- or multicellular organisms, fungi, plants, in particular algae.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter folgenden Schritt, insbesondere welcher vor den Schritten a) und b) durchgeführt wird: - Aufteilen des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts in den ersten Polarisationszustand und den zweiten Polarisationszustand, bevorzugt mittels zumindest eines Polarisators, weiter bevorzugt mittels eines ersten Polarisators und eines zweiten Polarisators.The method preferably further comprises the following step, in particular which is carried out before steps a) and b): splitting the light reflected from the sample material into the first polarization state and the second polarization state, preferably by means of at least one polarizer, more preferably by means of a first polarizer and a second polarizer.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung weiter zumindest einen Polarisator aufweist, insbesondere zum Aufteilen des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts in den ersten Polarisationszustand und den zweiten Polarisationszustand, insbesondere dass die Vorrichtung einen ersten Polarisator zum Aufteilen des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts in den ersten Polarisationszustand und einen zweiten Polarisator zum Aufteilen des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts in den zweiten Polarisationszustand aufweist.It is also advantageous if the device further has at least one polarizer, in particular for dividing the light reflected from the sample material into the first polarization state and the second polarization state, in particular that the device has a first polarizer for dividing the light reflected from the sample material into the first polarization state and a second polarizer for splitting the light reflected from the sample material into the second polarization state.
Unter „Polarisator(en)“ werden bevorzugt Bauteile verstanden, welche elektromagnetische Wellen, insbesondere Licht, wie beispielsweise Licht aus dem infraroten Wellenlängenbereich, einer bestimmten Polarisation aus nicht, teilweise oder anders polarisierten elektromagnetischen Wellen herausfiltern. Hierbei ist es möglich, dass Polarisatoren dabei insbesondere Mechanismen ausgewählt aus der Gruppe: Dichroismus, Reflexion, Doppelbrechung, Streuung und/oder Beugung, nutzen, um die unterschiedlichen Polarisationen der einfallenden Wellen zu trennen. Beispielsweise werden insbesondere Polarisatoren, die eine linear polarisierte elektromagnetische Welle abtrennen, Linearpolarisatoren, oder auch lineare Polarisatoren, genannt. Ferner werden beispielsweise Polarisatoren, die zirkular polarisiertes Licht abtrennen, als Zirkularpolarisatoren bezeichnet.“Polarizer (s)” are preferably understood to mean components which filter out electromagnetic waves, in particular light such as light from the infrared wavelength range, of a certain polarization from non-polarized, partially or differently polarized electromagnetic waves. It is possible here for polarizers to use mechanisms selected from the group: dichroism, reflection, birefringence, scattering and / or diffraction in order to separate the different polarizations of the incident waves. For example, polarizers that separate a linearly polarized electromagnetic wave, linear polarizers, or also linear polarizers, are mentioned in particular. Furthermore, for example, polarizers that separate circularly polarized light are referred to as circular polarizers.
Vorteilhafterweise ist der zumindest eine Polarisator, insbesondere der erste Polarisator und der zweite Polarisator, ausgewählt aus der Gruppe: Polarisator basierend auf Doppelbrechung, bevorzugt Polarisationsprisma, weiter bevorzugt Nicolsches Prisma, Rochon-Prisma, Glan-Thomson-Prisma, Polarisator basierend auf Dichroismus, bevorzugt J-Folie und/oder H-Folie, und/oder Polarisator basierend auf Reflexion, bevorzugt Brewster-Fenster.The at least one polarizer, in particular the first polarizer and the second polarizer, is advantageously selected from the group: polarizer based on birefringence, preferably polarizing prism, more preferably Nicol's prism, Rochon prism, Glan-Thomson prism, polarizer based on dichroism, preferred J-foil and / or H-foil, and / or polarizer based on reflection, preferably Brewster window.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Polarisator, insbesondere der erste Polarisator und der zweite Polarisator, ein Brewster-Fenster. Hierdurch ist es möglich, den ersten und den zweiten Polarisationszustand des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts zu trennen, insbesondere wobei sichergestellt ist, dass weitere Polarisationszustände das Messergebnis nicht störend beeinflussen. The at least one polarizer, in particular the first polarizer and the second polarizer, is preferably a Brewster window. This makes it possible to separate the first and the second polarization state of the light reflected from the sample material, in particular it is ensured that further polarization states do not interfere with the measurement result.
Weiter ist es von Vorteil, wenn sich der erste und zweite Polarisationszustand unterscheiden, insbesondere wenn der erste und der zweite Polarisationszustand linear polarisierte Zustände mit zueinander senkrechter Schwingungsebene sind, wobei vorzugsweise der erste Polarisationszustand parallel polarisiertes Licht und der zweite Polarisationszustand senkrecht polarisiertes Licht ist oder umgekehrt. Hierdurch ist es möglich, ein maximal mögliches Signal, bevorzugt für das Verhältnis der ersten Intensität und der zweiten Intensität zu erhalten, insbesondere wobei sich diese Polarisationszustände ferner auch gut mittels oben genannter Polarisatoren trennen lassen.It is also advantageous if the first and second polarization states differ, in particular if the first and second polarization states are linearly polarized states with mutually perpendicular oscillation planes, the first polarization state preferably being parallel polarized light and the second polarization state being perpendicularly polarized light or vice versa . This makes it possible to obtain a maximum possible signal, preferably for the ratio of the first intensity and the second intensity, in particular wherein these polarization states can also be separated well by means of the polarizers mentioned above.
Auch ist es möglich, dass in den Schritten a) und/oder b) die Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts des ersten und/oder des zweiten Polarisationszustand mittels zumindest einer Detektoreinrichtung bestimmt wird, insbesondere dass in den Schritten a) und/oder b) die Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts des ersten Polarisationszustands mittels einer ersten Detektoreinrichtung und die Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts des zweiten Polarisationszustand mittels einer zweiten Detektoreinrichtung bestimmt wird.It is also possible that in steps a) and / or b) the intensity of the light of the first and / or second polarization state reflected by the sample material is determined by means of at least one detector device, in particular that in steps a) and / or b ) the intensity of the light of the first polarization state reflected by the sample material is determined by means of a first detector device and the intensity of the light of the second polarization state reflected by the sample material is determined by means of a second detector device.
So ist es auch möglich, dass die Vorrichtung eine erste Detektoreinrichtung zur Bestimmung der ersten Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts des ersten Polarisationszustands und eine zweite Detektoreinrichtung zur Bestimmung der zweiten Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts des zweiten Polarisationszustands aufweist.It is also possible for the device to have a first detector device for determining the first intensity of the light of the first polarization state reflected from the sample material and a second detector device for determining the second intensity of the light of the second polarization state reflected from the sample material.
Bevorzugt ist hierbei die zumindest eine Detektoreinrichtung, insbesondere die erste und/oder die zweite Detektoreinrichtung, ein Photodetektor ausgewählt aus der Gruppe: Photozelle, Photomultiplier, Mikrokanalplatten-Photomultiplier, CMOS-Sensor, CCD-Sensor, Photodiode, Phototransistor, Photowiderstand, und/oder thermischer Strahlungsmesser, insbesondere Bolometer, pyroelektrischer Sensor, Pyrometer, Thermoelement und/oder Golay-Zelle. The at least one detector device, in particular the first and / or the second detector device, is preferably a photodetector selected from the group: photocell, photomultiplier, microchannel plate photomultiplier, CMOS sensor, CCD sensor, photodiode, phototransistor, photoresistor, and / or thermal radiation meter, in particular bolometer, pyroelectric sensor, pyrometer, thermocouple and / or Golay cell.
Insbesondere bei geringem zu detektierendem Licht und hoher zeitlicher Auflösungen kommen bevorzugt Photomultiplier oder Photodioden, wie beispielsweise eine HgCdTe-Photodiode, zum Einsatz.Photomultipliers or photodiodes, such as an HgCdTe photodiode, are preferably used, particularly when there is little light to be detected and high temporal resolutions.
Ferner ist es möglich, dass die zumindest eine Detektoreinrichtung, insbesondere dass die erste und/oder die zweite Detektoreinrichtung, ein Synchrondetektor (lock-in) ist. Hierdurch ist es möglich, die Rauschunterdrückung weiter zu verbessern bzw. das Rauschen weiter filtern.Furthermore, it is possible for the at least one detector device, in particular the first and / or the second detector device, to be a synchronous detector (lock-in). This makes it possible to further improve the noise suppression or to filter the noise further.
Es ist zweckmäßig, wenn das Verfahren weiter folgenden Schritt aufweist, insbesondere welcher vor den Schritten a) und b) durchgeführt wird: - Einstrahlen von Licht auf das Probenmaterial durch ein Reflexionselement derart, dass das Licht an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement reflektiert wird, insbesondere total reflektiert wird.It is useful if the method further has the following step, in particular which is carried out before steps a) and b): Radiation of light onto the sample material through a reflection element in such a way that the light is formed at the interface from the sample material and the reflection element is reflected, in particular is totally reflected.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem von dem Probenmaterial reflektiertem Licht, insbesondere des ersten und/oder des zweiten Polarisationszustands, um das Licht, welches an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement reflektiert wird, insbesondere total reflektiert wird. So ist es von Vorteil, wenn das an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement reflektierte Licht das von dem Probenmaterial reflektierte Licht, insbesondere des ersten und/oder des zweiten Polarisationszustands, ist. So ist es vorteilhaft, wenn das von dem Probenmaterial reflektierte Licht dem an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement reflektierten Licht entspricht bzw. mit diesem identisch ist.The light reflected by the sample material, in particular of the first and / or the second polarization state, is preferably the light that is reflected, in particular totally reflected, at the interface formed by the sample material and the reflection element. It is therefore advantageous if the light reflected from the sample material and the reflection element at the interface is the light reflected from the sample material, in particular the first and / or the second polarization state. It is advantageous if the light reflected from the sample material corresponds to the light reflected at the interface from the sample material and the reflection element or is identical to it.
Bevorzugt wird hierbei das Licht derart auf das Probenmaterial durch das Reflexionselement eingestrahlt, dass sich eine elektromagnetische Welle an der Oberfläche des Reflexionselements ausbildet, welche in das Probenmaterial eindringt, insbesondere wobei die Feldstärke der elektromagnetischen Welle exponentiell abnimmt. Bevorzugt handelt es sich bei der elektromagnetischen Welle an der Oberfläche des Reflexionselements, insbesondere deren Feldstärke exponentiell abnimmt, um eine sog. abklingende (evaneszente) Welle, welche vorzugsweise bei Totalreflexion an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement entsteht.In this case, the light is preferably radiated onto the sample material through the reflection element in such a way that an electromagnetic wave is formed on the surface of the reflection element and penetrates the sample material, in particular with the field strength of the electromagnetic wave decreasing exponentially. The electromagnetic wave on the surface of the reflection element, in particular the field strength of which decreases exponentially, is a so-called evanescent wave, which is preferably formed from the sample material and the reflection element during total reflection at the interface.
So ist es möglich, dass, insbesondere innerhalb des Reflexionselements, der Winkel (α), unter welchem das Licht auf das Probenmaterial eingestrahlt wird, gleich dem Winkel (β) ist, unter welchem das Licht von dem Probenmaterial reflektiert wird.It is thus possible that, in particular within the reflection element, the angle (α) at which the light is irradiated onto the sample material is equal to the angle (β) at which the light is reflected from the sample material.
Hierbei ist es möglich, dass, insbesondere innerhalb des Reflexionselements, der Winkel (α), unter welchem das Licht auf das Probenmaterial eingestrahlt wird, und der Winkel (β), unter welchem das Licht von dem Probenmaterial reflektiert wird, zwischen 0° und 90°, bevorzugt zwischen 10° und 85°, beträgt.Here it is possible that, in particular within the reflection element, the angle (α) at which the light is irradiated onto the sample material and the angle (β) at which the light is reflected from the sample material, between 0 ° and 90 °, preferably between 10 ° and 85 °.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Brechungsindex des Reflexionselements (n1) größer ist als der Brechungsindex des Probenmaterials (n2).It is also advantageous if the refractive index of the reflective element (n 1 ) is greater than the refractive index of the sample material (n 2 ).
So ist es möglich, dass der Brechungsindex des Reflexionselements (n1) zwischen 2,0 und 4,0, bevorzugt zwischen 2,4 und 2,6, beträgt und/oder dass der Brechungsindex des Probenmaterials (n2) zwischen 1,05 und 1,95, bevorzugt zwischen 1,25 und 1,75, beträgt.It is thus possible that the refractive index of the reflection element (n 1 ) is between 2.0 and 4.0, preferably between 2.4 and 2.6, and / or that the refractive index of the sample material (n 2 ) is between 1.05 and 1.95, preferably between 1.25 and 1.75.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Winkel (α) größer oder gleich dem Winkel ist, für welchen Totalreflexion an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement, insbesondere für das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht, auftritt.Furthermore, it is useful if the angle (α) is greater than or equal to the angle for which total reflection occurs at the interface formed from the sample material and the reflection element, in particular for the light irradiated on the sample material.
Insbesondere wird der Grenzwinkel (Θc), ab welchem Totalreflexion auftritt, wie folgt berechnet:
Der Grenzwinkel (Θc) wird hierbei insbesondere auch als kritischer Winkel bezeichnet. Ab dem kritischen Winkel (Θc) kann bevorzugt die elektromagnetische Welle, insbesondere das eingestrahlte Licht, nicht mehr in das optisch dünnere Medium, insbesondere das Probenmaterial eindringen, und wird stattdessen an der Grenzfläche zwischen dem optisch dichteren und dem optisch dünneren Medium, insbesondere an der Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement, reflektiert, insbesondere total reflektiert. Insbesondere ist hierbei der Ausfallswinkel gleich dem Einfallswinkel.The critical angle (Θ c ) is also referred to here in particular as the critical angle. From the critical angle (Θ c ), the electromagnetic wave, in particular the irradiated light, can preferably no longer penetrate the optically thinner medium, in particular the sample material, and is instead at the interface between the optically denser and the optically thinner medium, in particular on the interface formed from the sample material and the reflection element, reflected, in particular totally reflected. In particular, the angle of reflection is the same as the angle of incidence.
So ist es möglich, dass das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht, insbesondere aufgrund des Winkels (α), unter welchem das Licht auf das Probenmaterial eingestrahlt wird, in dem Probenmaterial nicht ausbreitungsfähig ist.It is thus possible that the light irradiated onto the sample material, in particular due to the angle (α) at which the light is irradiated onto the sample material, is unable to propagate in the sample material.
Vorteilhafterweise ist das Reflexionselement ein Lichtwellenleiter, insbesondere ein Lichtwellenleiter, in welchem Licht aufgrund von Totalreflexion geführt wird. Beispielsweise ist ein derartiger Lichtwellenleiter ein Prisma oder eine Faser, insbesondere ohne Mantel.The reflection element is advantageously an optical waveguide, in particular an optical waveguide, in which light is guided due to total reflection. For example, such an optical waveguide is a prism or a fiber, in particular without a jacket.
Vorzugsweise ist das Reflexionselement ein ATR-Element, insbesondere ein ATR-Kristall.The reflection element is preferably an ATR element, in particular an ATR crystal.
So ist es möglich, dass das Reflexionselement, bevorzugt das ATR-Element, weiter bevorzugt der ATR-Kristall, Zinkselenid (ZnSe), Germanium (Ge), Thalliumbromidiodid (KRS-5), Silicium (Si), AMTIR (amorphous material transmitting infrared radiation), insbesondere AMTIR-1 (GeAsSe), und/oder Diamant umfasst. Derartige Materialien eignen sich bevorzugt für Licht aus dem infraroten Wellenlängenbereich.So it is possible that the reflection element, preferably the ATR element, more preferably the ATR crystal, zinc selenide (ZnSe), germanium (Ge), thallium bromide iodide (KRS-5), silicon (Si), AMTIR (amorphous material transmitting infrared radiation), in particular AMTIR-1 (GeAsSe), and / or diamond. Such materials are preferably suitable for light from the infrared wavelength range.
Ferner ist es auch denkbar, dass insbesondere bei FEWS-Infrarotspektroskopieverfahren und/oder in einem FEWS-Infrarotspektrometer das ATR-Element Chalkogenidglas-Fasern umfasst.Furthermore, it is also conceivable that, in particular in the case of FEWS infrared spectroscopy methods and / or in a FEWS infrared spectrometer, the ATR element comprises chalcogenide glass fibers.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht unpolarisiertes Licht ist, bevorzugt wenn das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht eine Polarisation unter 45° zur Einfallsebene aufweist. Hierdurch wird insbesondere eine gleichmäßige Anregung in senkrechter und paralleler Polarisation erreicht.It is also useful if the light irradiated onto the sample material is unpolarized light, preferably when the light irradiated onto the sample material has a polarization of less than 45 ° to the plane of incidence. In this way, in particular, uniform excitation in perpendicular and parallel polarization is achieved.
Vorteilhafterweise ist das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht Licht aus dem infraroten Wellenlängenbereich, bevorzugt aus dem nahen und/oder dem mittleren und/oder dem fernen Infrarotbereich, weiter bevorzugt Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1000 µm, noch weiter bevorzugt Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 2,5 µm und 25 µm, ferner noch weiter bevorzugt Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 8 µm und 12 µm.The light irradiated onto the sample material is advantageously light from the infrared wavelength range, preferably from the near and / or the middle and / or the far infrared range, more preferably light from the wavelength range between 0.8 μm and 1000 μm, even more preferably light from the wavelength range between 2.5 µm and 25 µm, furthermore preferably light from the wavelength range between 8 µm and 12 µm.
Zweckmäßigerweise wird das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht von einer Lichtquelle abgestrahlt, insbesondere wobei die Lichtquelle ausgewählt ist aus der Gruppe: Laser, bevorzugt Halbleiterlaser, weiter bevorzugt Quantenkaskadenlaser (QCL), und/oder thermische Strahler, bevorzugt Glühlampe, Nernstlampe, Widerstands-Heizelemente aus Siliziumcarbid oder Kohlenbogenlampe. Hierbei ist es auch möglich, andere Lichtquellen zu verwenden. Insbesondere unterliegt das Verfahren und/oder die Vorrichtung zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials keiner Einschränkung bezüglich der verwendeten Lichtquellen.The light radiated onto the sample material is expediently emitted by a light source, in particular where the light source is selected from the group: lasers, preferably semiconductor lasers, more preferably quantum cascade lasers (QCL), and / or thermal emitters, preferably incandescent lamps, Nernst lamps, resistance heating elements Silicon carbide or carbon arc lamp. It is also possible to use other light sources. In particular, the method and / or the device for determining optical properties of a sample material is not subject to any restriction with regard to the light sources used.
Weiter ist es auch zweckmäßig, wenn die Vorrichtung weiter eine der folgenden Einheiten umfasst: - eine Lichtquelle, insbesondere zum Einstrahlen von Licht auf das Probenmaterial durch ein Reflexionselement derart, dass das Licht an einer Grenzfläche gebildet aus dem Probenmaterial und dem Reflexionselement reflektiert wird, insbesondere total reflektiert wird; - ein Reflexionselement, bevorzugt ein ATR-Element, weiter bevorzugt ein ATR-Kristall, insbesondere wobei das Probenmaterial eine Grenzfläche mit dem Reflexionselement ausbildet; - eine Fixierungseinheit zum Fixieren des Probenmaterials auf dem Reflexionselement; - einen oder mehrere Lichtwellenleiter, bevorzugt ein oder mehrere Fasern, weiter bevorzugt ein oder mehrere Glasfasern, insbesondere zum bereichsweise Führen des auf das Probenmaterial eingestrahlten Lichts und/oder des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts; - ein oder mehrere Spiegel, insbesondere zum Umlenken des Lichts; - zumindest einen optischen Sumpf; - einen oder mehrere Wellenlängenselektoren, bevorzugt einen oder mehrere Monochromatoren, insbesondere zur spektralen Isolierung einer vorbestimmten Wellenlänge, vorzugsweise des auf das Probenmaterial eingestrahlten Lichts.It is also expedient if the device further comprises one of the following units: a light source, in particular for irradiating light onto the sample material through a reflection element in such a way that the light is reflected at an interface formed from the sample material and the reflection element, in particular is totally reflected; a reflection element, preferably an ATR element, more preferably an ATR crystal, in particular wherein the sample material forms an interface with the reflection element; a fixing unit for fixing the sample material on the reflective element; - one or more optical waveguides, preferably one or more fibers, more preferably one or more glass fibers, in particular for guiding the light irradiated onto the sample material and / or the light reflected from the sample material; - One or more mirrors, in particular for deflecting the light; - at least one optical sump; one or more wavelength selectors, preferably one or more monochromators, in particular for the spectral isolation of a predetermined wavelength, preferably the light irradiated onto the sample material.
Auch ist es möglich, wenn das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht und/oder das von dem Probenmaterial reflektierte Licht, insbesondere des ersten und/oder des zweiten Polarisationszustands, ein Lichtstrahl ist, bevorzugt wobei der Lichtstrahl zumindest bereichsweise einen Strahldurchmesser zwischen 10 µm und 10000 µm aufweist.It is also possible if the light irradiated onto the sample material and / or the light reflected from the sample material, in particular the first and / or the second polarization state, is a light beam, preferably the light beam having a beam diameter between 10 μm and 10,000 μm at least in some areas having.
Weiter ist es auch möglich, dass das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht und/oder das von dem Probenmaterial reflektierte Licht, insbesondere des ersten und/oder des zweiten Polarisationszustands, zumindest bereichsweise in einem Lichtwellenleiter, bevorzugt in einer Faser, noch weiter bevorzugt in einer Glasfaser, geführt wird.Furthermore, it is also possible that the light irradiated onto the sample material and / or the light reflected from the sample material, in particular of the first and / or the second polarization state, at least regionally in an optical waveguide, preferably in a fiber, even more preferably in a glass fiber , to be led.
Es ist von Vorteil, wenn in dem Schritt c) aufgrund der Verhältnisbildung der ersten Intensität und der zweiten Intensität oder umgekehrt die Auswirkungen des Intensitätsrauschens der Lichtquelle, insbesondere auf das Messergebnis, verringert werden, bevorzugt eliminiert werden.It is advantageous if in step c) the effects of the intensity noise of the light source, in particular on the measurement result, are reduced, preferably eliminated, due to the formation of the ratio of the first intensity and the second intensity or vice versa.
So ist es möglich, dass die Auswirkungen des Intensitätsrauschens der Lichtquelle, insbesondere auf das Messergebnis, mindestens um den Faktor 2,5, bevorzugt um den Faktor
Es ist auch zweckmäßig, wenn zumindest die Schritte a) bis c) für Licht aus dem infraroten Wellenlängenbereich, bevorzugt aus dem nahen und/oder dem mittleren und/oder dem fernen Infrarotbereich, weiter bevorzugt für Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1000 µm, noch weiter bevorzugt für Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 2,5 µm und 25 µm, ferner noch weiter bevorzugt für Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 8 µm und 12 µm, durchgeführt werden.It is also useful if at least steps a) to c) for light from the infrared wavelength range, preferably from the near and / or the middle and / or the far infrared range, more preferably for light from the wavelength range between 0.8 μm and 1000 µm, even more preferably for light from the wavelength range between 2.5 µm and 25 µm, and even more preferably for light from the wavelength range between 8 µm and 12 µm.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Lichtpfade in Schritt a) und b), insbesondere für das von dem Probenmaterial reflektierte Licht des ersten und des zweiten Polarisationszustands, im Wesentlichen identisch sind. So ist es auch möglich, dass die Lichtpfade in Schritt a) und b), insbesondere für das von dem Probenmaterial reflektierte Licht des ersten und des zweiten Polarisationszustands, identisch sind. Hierdurch wird es insbesondere erreicht, dass sich Fluktuationen auf beide Messpfade gleichermaßen auswirken.Furthermore, it is preferred that the light paths in step a) and b), in particular for the light of the first and second polarization states reflected by the sample material, are essentially identical. It is thus also possible for the light paths in step a) and b) to be identical, in particular for the light of the first and second polarization states reflected from the sample material. In particular, this ensures that fluctuations have the same effect on both measurement paths.
Weiter ist es möglich, dass sich die Lichtpfade in Schritt a) und b) um weniger als 10 mm, bevorzugt um weniger als 1 mm, unterscheiden. Insbesondere entstehen derartige geringe Unterschiede in den Lichtpfaden aufgrund des Messaufbaus mit einer ersten und einer zweiten Detektoreinrichtung, so dass insbesondere am Ende der Messtrecke geringe Unterschiede in den Lichtpfaden entstehen können.It is also possible for the light paths in step a) and b) to differ by less than 10 mm, preferably by less than 1 mm. In particular, such small differences arise in the light paths due to the measurement setup with a first and a second detector device, so that small differences can arise in the light paths particularly at the end of the measurement section.
Vorzugsweise erfolgen die Schritte a) und b) simultan, insbesondere werden die Intensität des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts des ersten und des zweiten Polarisationszustands simultan bestimmt. Hierdurch wird es insbesondere ermöglicht, dass die Notwendigkeit einer zusätzlichen Referenzmessung entfällt. Weiter wird hierdurch insbesondere ein exaktes Messergebnis erzielt, da mögliche Unterschiede zwischen den Signalen, welche aufgrund von zeitlich versetzten Messungen entstehen können, eliminiert werden.Steps a) and b) preferably take place simultaneously, in particular the intensity of the light of the first and second polarization states reflected by the sample material is determined simultaneously. This makes it possible in particular that there is no need for an additional reference measurement. Furthermore, an exact measurement result is achieved in this way, since possible differences between the signals, which can arise due to measurements that are offset in time, are eliminated.
Ferner ist es möglich, dass oben beschriebene Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und/oder die oben beschriebene Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 15, für die Spektralanalyse, insbesondere des Probenmaterials, anzuwenden. Bevorzugt basiert die Spektralanalyse, insbesondere des Probenmaterials, auf der Totalreflexion, vorzugsweise der frustrierten Totalreflexion.It is also possible to use the method described above, in particular according to one of
So ist es auch möglich, dass das oben beschriebene Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und/oder die oben beschriebene Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 15, zur bzw. für die Unterdrückung des Intensitätsrauschens von Lichtquellen, insbesondere bei der Spektralanalyse, verwendet wird.So it is also possible that the method described above, in particular according to one of
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung exemplarisch unter Zuhilfenahme der beiliegenden, nicht maßstabgetreuen
-
1 zeigt schematisch einen bekannten Messaufbau in Draufsicht -
2a und2b zeigen schematisch eine Vorrichtung in Seitenansicht und in Draufsicht -
3a zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt der2a -
3b zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt der3a -
4a bis4c zeigen Diagramme -
5a bis5c zeigen schematisch Vorrichtungen in Seitenansicht und in Draufsicht -
6 und7 zeigen schematisch Verfahrensschritte zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Probenmaterials
-
1 shows schematically a known measurement setup in plan view -
2a and2 B show schematically a device in side view and in plan view -
3a shows schematically an enlarged section of FIG2a -
3b shows schematically an enlarged section of FIG3a -
4a to4c show diagrams -
5a to5c show schematically devices in side view and in plan view -
6th and7th schematically show method steps for determining optical properties of a sample material
Wie in
Als Lichtquelle
Hierzu wird bevorzugt, wie in
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung exemplarisch unter Zuhilfenahme der beiliegenden, nicht maßstabgetreuen
Wie in
Die in den
Bevorzugt ist die Lichtquelle
Bei der in den
Wie in den
Das von dem Probenmaterial reflektierte Licht
Mittels des Polarisators
Vorteilhafterweise ist der Polarisator
Hierbei ist es von Vorteil, wenn sich der erste und zweite Polarisationszustand unterscheiden, insbesondere wenn der erste und der zweite Polarisationszustand linear polarisierte Zustände mit zueinander senkrechter Schwingungsebene sind, wobei vorzugsweise der erste Polarisationszustand parallel polarisiertes Licht und der zweite Polarisationszustand senkrecht polarisiertes Licht ist.It is advantageous here if the first and second polarization states differ, in particular if the first and second polarization states are linearly polarized states with mutually perpendicular oscillation planes, the first polarization state preferably being parallel polarized light and the second polarization state being perpendicularly polarized light.
Bei dem in
Anschließend wird insbesondere die Intensität des von Probenmaterial reflektierten Lichts
Bevorzugt ist hierbei die Detektoreinrichtung
In der in
Bevorzugt wird dies, für eine Vielzahl von Wellenlängen, insbesondere für Licht aus dem infraroten Wellenlängenbereich, bevorzugt aus dem nahen und/oder dem mittleren und/oder dem fernen Infrarotbereich, weiter bevorzugt für Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 0,8 µm und 1000 µm, noch weiter bevorzugt für Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 2,5 µm und 25 µm, ferner noch weiter bevorzugt für Licht aus dem Wellenlängenbereich zwischen 8 µm und 12 µm, durchgeführt.This is preferred for a large number of wavelengths, in particular for light from the infrared wavelength range, preferably from the near and / or the middle and / or the far infrared range, more preferably for light from the wavelength range between 0.8 µm and 1000 µm, even more preferably for light from the wavelength range between 2.5 μm and 25 μm, and even more preferably for light from the wavelength range between 8 μm and 12 μm.
Die in
Wie in
Insbesondere aufgrund der Verhältnisbildung der Intensitäten des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts
So ist es beispielsweise möglich, dass die Auswirkungen des Intensitätsrauschens der Lichtquelle
Weiter ist es auch möglich, dass das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht
Auch ist es möglich, dass das auf das Probenmaterial eingestrahlte Licht
Auch ist es möglich, dass das auf das Probenmaterial
Wie in
Hierbei ist, wie in
Beispielsweise ist es möglich, dass, insbesondere innerhalb des Reflexionselements
Vorteilhafterweise ist der Brechungsindex des Reflexionselements
So ist es zweckmäßig, wenn der Winkel (α) größer oder gleich dem Winkel ist, für welchen Totalreflexion an der Grenzfläche
Insbesondere wird der Grenzwinkel (Θc), ab welchem Totalreflexion auftritt, wie folgt berechnet:
Der Grenzwinkel (Θc) wird hierbei insbesondere auch als kritischer Winkel bezeichnet. Ab dem kritischen Winkel (Θc) kann bevorzugt die elektromagnetische Welle, insbesondere das eingestrahlte Licht
So ist es möglich, dass das auf das Probenmaterial
Vorteilhafterweise ist das Reflexionselement
Vorzugsweise ist das Reflexionselement
So ist es möglich, dass das Reflexionselement
Ferner ist es auch denkbar, dass insbesondere bei FEWS-Infrarotspektroskopieverfahren und/oder in einem FEWS-Infrarotspektrometer das ATR-Element Chalkogenidglas-Fasern umfasst.Furthermore, it is also conceivable that, in particular in the case of FEWS infrared spectroscopy methods and / or in a FEWS infrared spectrometer, the ATR element comprises chalcogenide glass fibers.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn das auf das Probenmaterial
Wie in
Fig. 4a bis Fig. 4c zeigen Diagramme.FIGS. 4a to 4c show diagrams.
Wie bereits in
Die Änderungen der Reflexion ist insbesondere wie folgt definiert:
Weiter ist die relative Änderung der Reflexion definiert als:
In
Hierbei ist insbesondere zu bemerken, dass diese Abhängigkeit vorteilhafterweise auch für andere Polarisationszustände als die parallele und die senkrechte Polarisation besteht. Die maximale Differenz zwischen den Polarisationen wird jedoch insbesondere bei anderen Polarisationszuständen geringer, so dass bevorzugt folglich Signalstärke bei anderen Polarisationen verloren geht. In anderen Worten wird insbesondere der Abstand der maximalen relativen Änderung der Reflexion für andere Polarisationszustände als die in
Hier sei darauf hingewiesen, dass es beispielsweise auch möglich ist, dass das Probenmaterial
Die in
Mittels der in der
Weiter es möglich, dass die Vorrichtung
Bezüglich der Ausgestaltung der Lichtquelle
Wie in
Anschließend ist es möglich, dass Verhältnis der Intensitäten des von dem Probenmaterial reflektierten Lichts
Insbesondere zur weiteren Rauschunterdrückungen ist es möglich, dass zumindest eine Detektoreinrichtung
Mittels der in
Ferner ist es bevorzugt, dass die Lichtpfade für das von dem Probenmaterial reflektierte Licht
Die in
So ist es, wie in
Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung
In dem Schritt
Weiter ist es von Vorteil, wenn der Schritt
Bezüglich weiterer möglicher Ausgestaltungen des in
In dem optionalen Schritt
In dem optionalen Schritt
Die Schritte
Es ist von Vorteil, wenn in dem Schritt
In dem optionalen Schritt
Ferner ist es möglich, das oben beschriebene Verfahren
So ist es auch möglich, dass das oben beschriebene Verfahren
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- LichtquelleLight source
- 33
- Licht, LichtstrahlLight, ray of light
- 3e3e
- eingestrahltes Lichtirradiated light
- 3r3r
- reflektiertes Lichtreflected light
- 44th
- StrahlenteilerBeam splitter
- 55
- ProbenmaterialSample material
- 66th
- (Umlenk-)Spiegel(Deflection) mirror
- 77th
- variables Dämpfungsgliedvariable attenuator
- 8, 8a, 8b8, 8a, 8b
- Detektoreinrichtung(en)Detector device (s)
- 99
- ReflexionselementReflective element
- 10, 10a, 10b10, 10a, 10b
- Polarisator(en)Polarizer (s)
- 1111
- RecheneinheitArithmetic unit
- 12a, 12b12a, 12b
- Ausschnitt(e)Cutout (s)
- 1313
- GrenzflächeInterface
- 14a, 14b, 14c14a, 14b, 14c
- Diagrammachse(n)Diagram axis (s)
- 15a, 15b15a, 15b
- Diagrammkurve(n)Diagram curve (s)
- 1616
- kritischer Winkelcritical angle
- 17a, 17b17a, 17b
- Diagrammkurve(n)Diagram curve (s)
- 1818th
- optischer Sumpfoptical sump
- 1919th
- FixierungseinheitFixation unit
- 100100
- VerfahrenProcedure
- 101, 102, 103, 104, 105, 106101, 102, 103, 104, 105, 106
- VerfahrensschritteProcedural steps
- 10001000
- MessaufbauMeasurement setup
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 7920264 B1 [0003]US 7920264 B1 [0003]
Claims (15)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019104556.8A DE102019104556A1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Method and device for determining optical properties of a sample material |
EP20707055.8A EP3928080A1 (en) | 2019-02-22 | 2020-02-21 | Method and apparatus for determining optical properties of a sample material |
US17/432,598 US20220120680A1 (en) | 2019-02-22 | 2020-02-21 | Method and apparatus for determining optical properties of a sample material |
PCT/EP2020/054668 WO2020169827A1 (en) | 2019-02-22 | 2020-02-21 | Method and apparatus for determining optical properties of a sample material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019104556.8A DE102019104556A1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Method and device for determining optical properties of a sample material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019104556A1 true DE102019104556A1 (en) | 2020-08-27 |
Family
ID=69699872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019104556.8A Pending DE102019104556A1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Method and device for determining optical properties of a sample material |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220120680A1 (en) |
EP (1) | EP3928080A1 (en) |
DE (1) | DE102019104556A1 (en) |
WO (1) | WO2020169827A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10145719A1 (en) * | 2001-09-17 | 2003-04-10 | Inst Chemo Biosensorik | Optical hydrogen sensor comprises an optically transparent substrate with a first surface, and a hydrogen-sensitive layer containing or consisting of a metal, metal oxide or polymer |
EP3399299A1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-11-07 | ABB Schweiz AG | Gas sensor employing polarization, gas detection system and method employing the same |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3902807A (en) * | 1973-10-25 | 1975-09-02 | Du Pont | Method for operating an attenuated total reflection infrared system |
DE10030927C1 (en) * | 2000-06-24 | 2002-05-23 | Glukomeditech Ag | Refractometric method for long-term stable precise measurement of the concentrations of dissolved substances as well as a miniaturizable device for its implementation |
DE10122917A1 (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-14 | Byk Gardner Gmbh | Device and method for determining the properties of reflective bodies |
US7920264B1 (en) | 2005-04-02 | 2011-04-05 | J.A. Woollam Co., Inc. | Horizontal attenuated total reflection system |
US9651426B2 (en) * | 2015-06-30 | 2017-05-16 | Agilent Technologies, Inc. | Light source with controllable linear polarization |
JP6385974B2 (en) * | 2016-03-28 | 2018-09-05 | 日本分光株式会社 | Optical instrument and measuring device for measuring total reflection absorption spectrum |
-
2019
- 2019-02-22 DE DE102019104556.8A patent/DE102019104556A1/en active Pending
-
2020
- 2020-02-21 WO PCT/EP2020/054668 patent/WO2020169827A1/en unknown
- 2020-02-21 US US17/432,598 patent/US20220120680A1/en active Pending
- 2020-02-21 EP EP20707055.8A patent/EP3928080A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10145719A1 (en) * | 2001-09-17 | 2003-04-10 | Inst Chemo Biosensorik | Optical hydrogen sensor comprises an optically transparent substrate with a first surface, and a hydrogen-sensitive layer containing or consisting of a metal, metal oxide or polymer |
EP3399299A1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-11-07 | ABB Schweiz AG | Gas sensor employing polarization, gas detection system and method employing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3928080A1 (en) | 2021-12-29 |
WO2020169827A1 (en) | 2020-08-27 |
US20220120680A1 (en) | 2022-04-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0772029B1 (en) | Spectroscopic systems for the analysis of small and very small quantities of substances | |
DE69636862T2 (en) | Device for measuring Raman scattered light | |
DE69930651T2 (en) | DEVICE FOR THE OPTICAL CHARACTERIZATION OF A THIN-FILM MATERIAL | |
DE19856591C2 (en) | Device for the spectroscopic analysis of a fluid medium by means of attenuated reflection | |
DE102009020252B4 (en) | Device for measuring the fluorescence of a medium | |
DE112007000644B4 (en) | Analyzer and provided with this analyzer | |
WO1991014157A2 (en) | Acousto-optic tunable double-beam spectrometer | |
DE102007032849A1 (en) | Measuring device and method for optical concentration determination of blood sugar and / or lactate in biological systems | |
DE2014530A1 (en) | Method and device for determining the concentration of suspended particles by means of polarized light | |
DE2014531A1 (en) | Method and apparatus for measuring the concentration of suspended solid particles using circularly polarized light | |
AT520258A1 (en) | Method for the spectroscopic or spectrometric examination of a sample | |
DE2616377A1 (en) | PROCESS FOR THE CONTINUOUS GENERATION OF WAVES OF COHERENT ANTI-STOKES VIBRATION SPECTRA | |
DE112017008060T5 (en) | Accessory for an infrared spectrometer | |
DE102010056137B4 (en) | Optical gas analyzer device with means for calibrating the frequency spectrum | |
DE112017008083B4 (en) | FAR INFRARED LIGHT SOURCE AND FAR INFRARED SPECTROMETER | |
DE3938142C2 (en) | ||
EP3704473A1 (en) | Novel sensor for raman spectroscopy | |
DE102016225808B4 (en) | Light delivery and collection device for measuring Raman scattering of a sample | |
DE2338305C3 (en) | Method and device for determining the linear birefringence of a material | |
EP3270045B1 (en) | Assembly for the measurement of gas concentrations | |
DE2744168C3 (en) | Magneto-optical spectrophotometer | |
DE102019104556A1 (en) | Method and device for determining optical properties of a sample material | |
EP1929279B1 (en) | Apparatus and method for determining the refractive index of a fluid | |
AT410033B (en) | METHOD AND MEASURING DEVICE FOR DETERMINING AT LEAST ONE LUMINESCENCE, FLOURENCE OR ABSORPTION PARAMETER OF A SAMPLE | |
DE102021100321B4 (en) | SPR sensor unit and method for determining the refractive index of a sample medium and measuring device for detecting the density of a measuring medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN, AT Free format text: FORMER OWNERS: FRIEDRICH-ALEXANDER-UNIVERSITAET ERLANGEN-NUERNBERG, 91054 ERLANGEN, DE; TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN, WIEN, AT |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KANZLEI LOUIS POEHLAU LOHRENTZ, DE |